RAS998型脫砷劑在聚丙烯生產(chǎn)中的應(yīng)用

郭立杰

摘 要：針對以煉廠氣為原料生產(chǎn)聚丙烯的工藝特點，分析了丙烯中砷的來源及存在形式，以及砷對聚合反應(yīng)的嚴重影響，結(jié)合RAS998型脫砷劑在聚丙烯生產(chǎn)中的應(yīng)用過程及實際生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，介紹了RAS998型脫砷劑的使用效果。

關(guān)鍵詞：丙烯;脫砷劑;工業(yè)應(yīng)用;使用效果

前言

間歇式液相本體法（簡稱間歇式）聚丙烯生產(chǎn)工藝是我國自行研發(fā)的聚丙烯生產(chǎn)方法，其投資小、見效快、能耗較低、生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟效益好、“三廢”少、安全性能高等特點，使其在我國的煉油廠中很快推廣。聚丙烯生產(chǎn)原料主要來源于煉廠氣分離得到的丙烯，其中雜質(zhì)種類多，含量高，特別是上游裝置重油催化裂化在原料中變重后，丙烯中雜質(zhì)含量會進一步增高，由于一些原油中的砷含量高，最終在丙烯中也有分布，而該組分對催化劑有強烈的破壞作用，會使催化劑活性降低，甚至中毒失去活性，使反應(yīng)不能正常進行。我廠使用了RAS998型脫砷劑，結(jié)果表明該脫砷劑在丙烯精制過程中具有較強的脫砷活性，完全滿足高效催化劑對催化劑的質(zhì)量要求。

1.砷的來源及存在形式

砷是以化合物的形式廣泛存在于自然界中，在無機物中，砷元素主要以硫化物、氧化物、砷酸鹽等形式存在，在石油烴中，砷除了以上化合物的形式存在外，還以多種與烴基形成有機金屬化合物的形式存在。砷的最外層電子結(jié)構(gòu)為4S24P3，因此砷原子能和三個取代基形成δ鍵，生成三取代的胂。一般認為，石油烴中砷化物具有AsR3 的形式，其中R為氫原子或烴基，如甲基、乙基、丙基或笨基。表-1是一些砷化物和其相應(yīng)的沸點[ 1]。這些砷化物在石油煉制過程中，按沸點高低，分別進入石腦油、輕柴油等餾分中，經(jīng)過熱裂解后，石腦油或輕柴油組分中的砷化物轉(zhuǎn)化為更易揮發(fā)的砷化物，進入C2和C3餾分中，這些砷化物主要是AsH3 和CH3As2等。

2.砷對丙烯裝置催化劑的影響

丙烯在一定的溫度和壓力下，在催化劑的作用下，發(fā)生聚合反應(yīng)生成聚丙烯。目前使用的催化劑主要是高效催化劑，有效成分主要是四氯化鈦，催化劑四氯化鈦和活化劑三乙基鋁進行混合，生成絡(luò)合物[Cat]+-R-，這種絡(luò)合物作為催化劑不斷引發(fā)聚合反應(yīng)。原料中的砷對催化劑的活性影響非常大，會使催化劑活性降低，甚至使催化劑中毒失去活性，使聚合反應(yīng)無法進行。

表-2給出了砷對催化劑活性的影響程度，由此可見，砷對催化劑的影響是致命的，當(dāng)丙烯中砷含量超過50PPb時，對反應(yīng)影響比較大，超過100PPb時，反應(yīng)幾乎就無法進行。

3.RAS998新型脫砷劑的性能指標(biāo)及脫砷機理

RAS998新型脫砷劑以氧化銅作為活性組分，并添加有特殊的助劑，由淄博迅達化工有限公司自行研發(fā)并生產(chǎn)，可在高空速和高砷化氫濃度的工藝條件下使用，主要用于聚丙烯工業(yè)生產(chǎn)中脫除液相丙烯中的微量砷，以保護后面的聚合催化劑及其它深加工催化劑。還可用于烯烴類原料脫砷，具有脫砷效果好，脫砷容量大，使用方便等特點。RAS998新型脫砷劑性能指標(biāo)見表-3。

RAS998新型脫砷劑的脫砷機理為：含砷的丙烯原料下進上出通過裝有脫砷劑的脫砷塔，丙烯中的砷化氫與氧化銅接觸反應(yīng)，生成砷化亞銅以及元素砷，元素砷沉積在催化劑上，并部分形成新的銅砷合金。反應(yīng)式如下：

3CuO+2AsH3—→Cu3As+As+3H2O

3CuO+2AsH3→—→3Cu+2As+3H2O

液態(tài)丙烯中的砷化氫與氧化銅反應(yīng)生成砷化亞銅、單質(zhì)砷，一部分生成新的銅、砷合金，從而達到脫除原料中AsH3 ?的目的。

4.RAS998型脫砷劑的工業(yè)應(yīng)用

當(dāng)脫砷劑失去脫砷能力時，需要將脫砷塔隔離，將脫砷塔中脫砷劑卸出，再裝入新脫砷劑。更換脫砷劑過程，關(guān)鍵是工藝處理脫砷塔，卸出舊的脫砷劑，主要包括：脫砷塔隔離、吹掃置換脫砷塔、鈍化脫砷劑、直接卸劑、脫砷劑裝填、脫砷劑活化、直接投用幾個過程。

4.1脫砷塔隔離及吹掃脫砷塔

首先切斷進料，關(guān)閉脫砷塔的進、出口閥門，排凈塔內(nèi)殘存的物料，將塔中的丙烯泄氣柜，用N2對脫砷塔進行吹掃，盡可能降低器內(nèi)殘留烴類物，直到出口氣體采樣分析檢測合格后，停止吹掃。原料進、出口閥門法蘭處加盲板，將脫砷塔隔離。

4.2鈍化脫砷劑

由于脫砷劑脫砷后還原態(tài)的銅及砷不穩(wěn)定，很容易被空氣中的氧氣氧化，此氧化-還原反應(yīng)是放熱反應(yīng)，如果卸劑時處理不徹底，脫砷劑遇到空氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，會使脫砷塔溫度升高，造成燒塔現(xiàn)象。一般的鈍化程序是用氮氣加少量空氣將脫砷劑氧化，再用氮氣冷卻，后卸出脫砷劑。

（1）氮氣吹掃合格后，保持脫砷塔出、入口閥門為閉合狀態(tài)。逐步開啟放空閥，經(jīng)放空管道放空。

（2）打開氮氣閥，通入氮氣的量一般為250-300m3/h，以保證鈍化時將塔內(nèi)的熱量帶出。保持氮氣流量的同時，緩慢開啟壓縮風(fēng)（空氣）閥，送入大約2.5%（占氮氣總量）體積的空氣，開始鈍化，由專人監(jiān)看記錄脫砷塔套管溫度計。在開始氧化時會引起快速的溫升，這取決于脫砷劑還原的程度，一般溫升可達到50℃左右。要求控制床層溫度≯65℃。

（3）如果發(fā)現(xiàn)溫升過快時，應(yīng)減少或停止通入空氣。待床溫下降到50℃以下，再繼續(xù)通空氣。如關(guān)閉空氣閥后，床溫繼續(xù)升高，應(yīng)加大通氮氣量，以便盡快帶出床層熱量。

（4）出現(xiàn)床層溫升而后又下降的情況后，逐漸加大通入空氣量。當(dāng)床層不再出現(xiàn)溫升時，將通空氣量逐步增至最大，并相應(yīng)減少通氮氣量。待無溫度變化時，即認為鈍化結(jié)束。

（5）關(guān)閉空氣閥，繼續(xù)通氮氣，使床層降溫到常溫，關(guān)閉氮氣閥，鈍化過程結(jié)束。一般鈍化過程需4～8小時。

4.3直接卸劑

準備好卸劑用的工具和材料，打開卸料口，卸料口法蘭上保留一個螺栓，卸劑口呈半開狀態(tài)，使廢劑緩慢流出。現(xiàn)場預(yù)備低壓蒸汽膠帶。如果卸出的廢劑發(fā)熱時，可以噴蒸汽潤濕鈍化，防止還原態(tài)的脫砷劑氧化而自燃。

由于砷對人體的毒性是比較大的，在卸料過程中一定要戴好防護用具，但脫砷劑吸附的是零價砷，而且砷化物的含量不是很高，因此，操作人員只要配戴好適當(dāng)?shù)姆雷o用具是不會導(dǎo)致人體中毒的。

4.4脫砷劑裝填

在裝劑前，備好脫砷劑、瓷球及工具和材料，在床層下部鋪設(shè)好格柵及不銹鋼絲網(wǎng)，絲網(wǎng)孔徑要小于脫砷劑粒徑。不銹鋼絲網(wǎng)固定在格柵上，絲網(wǎng)邊緣要向上翻起高度不少于100mm。按照裝填項目依次裝填：瓷球、脫砷劑、瓷球。將瓷球裝入吊桶或料斗，吊至裝劑口，用軟管緩慢放至反應(yīng)器內(nèi)，裝填到規(guī)定高度，接著裝脫砷劑，脫砷劑達到規(guī)定高度后，在上部壓2層不銹鋼絲網(wǎng)，在絲網(wǎng)上面覆蓋預(yù)計高度的瓷球，裝填工作結(jié)束后，立即封塔。

4.5脫砷劑活化及使用

脫砷劑屬于多孔型物質(zhì)，對水具有很強的吸附能力，當(dāng)脫砷劑吸附水分后，脫砷劑的性能將受到明顯的影響，因此脫砷劑在投用運行前，要進行脫水活化。干燥介質(zhì)使用熱氮氣，熱氮氣自塔頂引入，由塔底排空。按使用要求，脫砷劑需要加熱到280℃并進行恒溫脫水，一般干燥時間為6小時左右，直到排氣中水含量≤10PPm時，則認為活化結(jié)束。停止氮氣加熱，通入常溫氮氣，使脫砷劑床層溫度降到常溫，用氮氣置換氧含量合格后，將丙烯緩慢引入脫砷塔直接投用。

5.RAS998型脫砷劑的使用效果

由于采用煉廠氣分離所得到的丙烯做為原料，原油的多樣化，原料雜質(zhì)含量的增多，直接影響著聚丙烯的生產(chǎn)。我車間開始使用RAS998型脫砷劑，對原料中的砷進行脫除，脫除效果如表-4，脫砷塔前丙烯中砷含量一般在265PPb左右，塔后砷含量明顯下降，降到50PPb以下?？梢?，RAS998型脫砷劑的脫砷效果比較明顯，達到了質(zhì)量指標(biāo)的要求，滿足了聚丙烯生產(chǎn)的需要。

6.結(jié)論

間歇式聚丙烯生產(chǎn)工藝，原料主要來源于煉廠氣分離得到的丙烯，其中雜質(zhì)種類多，含量高，會直接影響聚合反應(yīng)。尤其是雜質(zhì)砷的存在，砷對催化劑有強烈的破壞作用，會使催化劑活性降低，甚至中毒失去活性，使反應(yīng)不能正常進行。我廠使用了RAS998型脫砷劑，結(jié)果表明該脫砷劑在丙烯精制過程中具有較強的脫砷活性，能夠有效地脫除原料丙烯中的砷，滿足了聚合高效催化劑對脫砷劑的質(zhì)量要求，保證聚合反應(yīng)平穩(wěn)地進行。